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Michelin SimulationNumerique

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  • 1

    La Simulation Numrique du Pneumatique chez Michelin

    [email protected]

  • PLAN

    Le groupe Michelin

    Le pneu et ses performances

    La simulation dans le processus de conception

    La modlisation Elments-Finis du pneu

    Le HPC et le logiciel scientifique

  • PLAN

    Le groupe Michelin

    Le pneu et ses performances

    La simulation dans le processus de conception

    La modlisation Elments-Finis du pneu

    Le HPC et le logiciel scientifique

  • Prsence commerciale dans 170 pays 69 Sites de production dans 18 pays

    GER M ANY (W EST)

    FRANCE

    Le Groupe Michelin

  • 115 000 salaris dans le monde 184 millions de pneus en 2011 10 millions de cartes et guides

    Le Groupe Michelin

  • Amrique du Nord

    Europe

    Asie

    1 Centre de Technologies rparti sur 3 sites 6000 salaris en R&D

    Le Groupe Michelin

  • Un portefeuille de marques

    Objectifs :

    . SATISFAIRE LARGEMENT LES BESOINS

    . DVELOPPER LES VOLUMES

    Le Groupe Michelin

  • March mondial du pneu sur 2011

    14.8%

    16,1%

    11.2%

    Michelin

    Bridgestone

    Goodyear (+Dunlop) Sumitomo

    Continental

    Pirelli

    Yokohama

    Cooper

    Hankook

    Toyo

    Kumho

    Acteurs de petite taille : 30.0%

    (une centaine) Production : 194 millions pneus

    CA consolid : 15.7 Md Euro

    Le Groupe Michelin

    Acteurs de taille moyenne : 27.9% Sumitomo

    Continental

    Pirelli

    Yokohama

    Cooper

    Hankook

    Toyo

    Kumho

    PPrr

    CCAA14.8%

    MichelinPP

    CC

  • March du pneu

    Un march hautement concurrentiel

    Un march mondial

    Un march en forte croissance

    Trs grande varit de produits / dclinaisons (6000 types)

    Plus dun milliard de pneus vendus chaque anne

    100 milliards deuros gnrs chaque anne

    Le Groupe Michelin

  • PLAN

    Le groupe Michelin

    Le pneu ; ses performances

    La simulation dans le processus de conception

    La modlisation Elments-Finis du pneu

    Les sujets de recherche actuels en mcanique numrique du pneu

    Le pneu ; ses performances

  • Le pneu ? ou les pneus ?

    Le pneu ; ses performances

  • 2 Roues

    Vitesse max > 300km/h

    50 cm au sol par pneu

    Angle carrossage > 40

    Le pneu ; ses performances

  • Automobiles Grande diversit

    dutilisations :

    Sec / mouill / neige

    / boue / glace

    Le pneu ; ses performances

  • Poids lourds

    Sol sec/mouill/neige/glace

    Forte charge : qq tonnes

    Vitesse : 100 / 130 km/h

    Le pneu ; ses performances

  • Agricole

    Sol meuble.

    Faible vitesse

    Faible pression

    Le pneu ; ses performances

  • Gnie civil Le plus gros : 5.6T, 4m de diamtre

    Trs forte charge

    Sols agressifs

    Usage intensif (24/24)

    Le pneu ; ses performances

  • Aronautique

    Petite taille, petit poids

    Charge trs leve

    Vitesse trs leve

    Monte en temp. rapide

    : 21 pouces, 93 Kg

    : 20.5 bar

    : 64545 kg/pneu

    : 416 km/h

    Une seule utilisation

    Le pneu ; ses performances

  • Le pneu ou les pneus ?

    Les pneus ! l Derrire un aspect banal, les contraintes et les conditions

    dutilisation imposes aux diffrents types de pneus en font

    autant de produits trs diffrents, dont la conception, dans

    les cas les plus extrmes, correspond un rel dfi

    technologique.

    Le pneu ; ses performances

  • Les pneus : Des objets complexes

    Le pneu ; ses performances

  • Structure du pneu

    Structure composite hautement dformable.

    Jusqu plusieurs dizaines de constituants

    l Gommes.

    l Nappes renforces.

    l Tringles.

    Chaque constituant ayant un rle fonctionnel bien dfini.

    Le pneu ; ses performances

  • Structure du pneu

    Flanc

    gomme

    Nappes sommet

    Composite : gomme + acier

    Nappe carcasse

    Composite : gomme + acier

    ou gomme + textile

    Tringle

    acier

    Bande de roulement

    gomme

    Gomme Intrieure

    Gomme

    Le pneu ; ses performances

  • Fonctions dun pneu

    Porter Guider Transmettre des couples

    Amortir

    Le pneu ; ses performances

  • Performances du pneu

    Le pneu ; ses performances

    Adhrence

    Longitudinale (couple moteur/freineur)

    Transversale (virage)

    Route sche / mouille

    (+ hydroplanage)

    Usure

    Perte de matire

    dans la bande de

    roulement

    Pneus Tourisme/ PL

    Endurance

    Fin de vie prmature cause par

    agressions extrieures)

    Rsistance au

    roulement

    Dissipation dnergie induite par le

    roulage

    Participe la consommation de

    carburant (20% en VL, 30% en PL)

    (chocs trottoir, objets

    acrs, humidit)

    Haute vitesse (VLI)

    Bruit/Confort

    Bruit arien et solidien

    Audible (HF) / ressenti (BF)

    Comportement

    Comportement vhicule

    sur/sous-vireur,

    vivacit/prcision du guidage,

    Plaisir de conduite

    Les performances sont antagonistes

    On cherche dcaler un

    compromis de performance

  • PLAN

    Le groupe Michelin

    Le pneu et ses performances

    La simulation dans le processus de conception

    La modlisation lments-finis du pneu

    Les sujets de recherche actuels en mcanique numrique

    du pneu

    La simulation dans le processus de conception

  • Conception du pneu l BUT : Concevoir une solution produit intgrant toutes les

    performances requises (usure, adhrence, bruit,...)

    Endurance

    0

    25

    50

    75

    100

    125

    150

    Adhrence

    Rsistance au roulement

    Comportement

    Confort

    Bruit

    Apparence

    Rechapabilit

    Prix de revient

    Usure

    Pneu rfrence Cible Marketing

    l Le cahier des charges sexprime

    en termes de performances relatives un pneu existant :

    R

    l Processus long, coteux et complexe : Fortement contraint : Recherche de compromis

    entre des performances antagonistes

    La simulation dans le processus de conception

  • Boucles de conception

    Classification des

    variantes par

    simulation

    Fabrication

    du prototype

    (toute petite srie)

    Tests machines et pistes

    Cible

    atteinte ? non

    oui

    industrialisation

    Scnarios de

    conception

    Simulation procd +

    dclinaisons de gammes Pr-sries et

    Placement en clientle

    La simulation dans le processus de conception

  • PLAN

    Le groupe Michelin

    Le pneu et ses performances

    La simulation dans le processus de conception

    La modlisation lments-finis du pneu

    Le HPC et le logiciel scientifique

    La modlisation Elements-Finis du pneu

  • La modlisation lments-finis du pneu Est indispensable pour :

    l Comprendre la thermo-mcanique du pneu

    l Classer les variantes envisages par rapport aux performances dfinis

    Elle permet :

    l dacclrer le cycle de conception et rduire son cot (moins de tests)

    l amliorer les procds

    l amliorer la pertinence des tests rels

    Est base sur un code lments-finis interne

    Est particulirement dlicate raliser

  • La modlisation lments-finis du pneu

    Un problme de mcanique numrique complexe

    l De nombreuses sources de non linarits et faible rgularit du problme

    l De nombreuses sources de mauvais conditionnement

    l Des matriaux complexes

    l Une physique multi-chelle et riche dans une gomtrie complexe

    l Des attentes exigeantes en terme de :

    l Prcision (pression de contact, tension cble, nergie dissipe, )

    l Robustesse, efficacit de calcul, ergonomie

    Un problme de mcanique numrique qui peut/doit encore

    progresser

  • PLAN

    Le groupe Michelin

    Le pneu et ses performances

    La simulation dans le processus de conception

    La modlisation lments-finis du pneu

    Le HPC et le logiciel scientifique

  • Historique et approche du calcul Michelin

    Des le dbut des annes 80:

    l Par des petits codes de calcul / chaine dvelopp en interne.

    l Des machines de calcul Cray et des PC.

    Dans les annes 90:

    l Des PC et des stations de calcul HP

    l un solveur dvelopp en interne (en fortran) toujours utilis

    A partir des annes 2005:

    l Dbut de laire des clusters actuels :achat dun cluster tous les ans.

    l Dveloppement dun nouveau code de calcul en C++ : indispensable pour le

    paralllisme, ladaptation de maillage en parallle

  • Approche du paralllisme 1

    Un calcul : suite dassemblages O(n) et de rsolutions O(n2)

    Solveurs algbriques => clef de la performance en mcanique

    des solides (BCS, MUMPS, Pardiso, Pastix, FETI )

    l Solveurs directs : robuste mais consommation mmoire et scalabilit limit

    l Solveur itratifs (FETI) : -scalabilit importante.

    -consommation mmoire maitris.

    -difficult de convergence sur des milieux

    htrognes complexes (stade recherche).

    l

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